纵向变壁厚的钢管套筒的制作方法

本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及预制装配式混凝土结构中一种纵向变壁厚的钢管套筒，灌浆后用于连接对接钢筋。

背景技术：

相比现浇混凝土结构，预制装配式混凝土结构具有资源消耗低、环境影响低、劳动生产率高的特点，具有显著的经济和社会效益，是我国当前建筑工业化建设的发展方向。而在装配式混凝土结构中，大量的预制混凝土构件之间的连接是否可靠，特别是受力钢筋的连接，成为装配式混凝土结构能否大量推广应用的关键。

我国目前预制装配式混凝土构件的受力钢筋主要采用钢筋套筒灌浆连接方式。该连接方式是用高强、快硬的微膨胀无机浆料填充在钢筋和专用套筒连接件之间，浆料凝固硬化后形成的钢筋连接。

钢筋套筒灌浆连接技术在结构和施工等方面均具有诸多优点，对于装配式建筑中柱与柱的连接、梁与梁的连接以及墙与墙的连接均发挥着重要的作用。灌浆套筒连接按照结构型式的不同，可分为全灌浆套筒连接和半灌浆套筒连接两种。其中，全灌浆套筒连接是将待连接钢筋插入内壁有一定数量剪力槽的灌浆套筒内，然后将高强微膨胀灌浆料由灌浆口压注入灌浆套筒内，待灌浆料凝结硬化后，通过套筒、灌浆料和被连接钢筋三者间的摩擦力、机械咬合力及化学吸附力，使得两端被连钢筋牢固地结合为一体。全灌浆套筒受力合理，在施工过程中对于操作人员的技能要求相对较低，可适用于不同表面形状、不同直径、不同种类的变形钢筋。总体上，该连接方式满足混凝土结构安全性、可靠性和耐久性的要求。

目前，灌浆套筒的制作成本较高，导致了其单价也较高，这显著增加了装配式混凝土结构的建造费用。为此，降低套筒制作成本对于钢筋套筒灌浆连接技术的推广与应用有着重要价值。目前，市场上大量使用的灌浆套筒沿纵向均是等厚的，然而钢筋套筒灌浆连接受力性能研究发现[1]：钢筋所受的的外力通过其与灌浆料之间的粘结作用，传递给灌浆料和外部套筒。由于粘结作用是不断累积的，导致套筒受力在中部最大，向两端逐步减小，中部受力约是端部受力的1.5-2倍。因此，可适当增加灌浆套筒受力最不利截面的厚度，减小灌浆套筒的端部厚度，使灌浆套筒成为两端厚度逐渐减弱的梭形，以优化灌浆套筒的受力性能，最大限度地利用材料。相对于等壁厚灌浆套筒而言，变壁厚灌浆套筒可在一定程度上减少钢材耗用量，进而获得一种制作成本低的灌浆套筒。这将对加快我国预制装配式钢筋混凝土结构的发展，具有重要的意义。

技术实现要素：

本申请专利所要解决的技术问题是提供一种成本低、易建造且受力性能合理的灌浆套筒，通过将等壁厚的无缝钢管套筒改进为沿纵向线性变壁厚的无缝钢管套筒，在套筒端部设置通过螺纹方式连接的盖板，采用滚压机在无缝钢管距离两端各1/4长度范围内滚压，形成两端各有3道尺寸不等外凹内凸的全灌浆变形钢管套筒，以解决套筒用材大、制作成本高的问题。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：提供一种沿纵向变壁厚的钢管套筒，所述变壁厚钢管自中心点分界向两端壁厚线性变薄，所述盖板通过螺纹与变壁厚钢管连接，变壁厚钢管的外表面不等深的径向凹槽和钢管内表面不等高的凸环肋，只需对滚压机设置相同的滚压力即可形成。所述变壁厚钢管上设有灌浆口和排浆口，在钢筋从变壁厚钢管两端对插入后，从灌浆口处灌入浆料，浆料充满套筒与被连接钢筋之间的空隙后从排浆口溢出，形成浆锚连接接头。所述变壁厚钢管变壁厚钢管套筒可直接采用变壁厚钢管截锯后进行简单加工而成；采用滚压机在变壁厚钢管距离两端各1/4长度范围内滚压，变壁厚钢管的外表面由中心向两端各有3道深度依次增加的凹槽，与对应部位的变壁厚钢管的内壁有随滚压凹槽变形而凸起形成的凸环肋，凸环肋的高度相应地自中心向两端依次增大。

优选地，所述变壁厚钢管可采用低合金钢或合金钢的无缝钢管。

优选地，所述变壁厚钢管沿轴向自中心向两端壁厚线性减少，但端部最小壁厚不应小于3mm。

优选地，所述变壁厚钢管的端部的内壁设置牙型、大径、线数、旋向、螺距和导程五要素与所述盖板外螺纹相同的内螺纹，即保证二者配合使用。

优选地，所述盖板与所述变壁厚钢管的连接部位(即设有外螺纹部位)的外径与所述变壁厚钢管的内径相同，所述盖板的外径与所述变壁厚钢管的外径相同，以方便现场拧紧施工。

优选地，为保证所述盖板的抗拔效果，所述盖板中间孔径略大于被连接钢筋直径。

优选地，距所述变壁厚钢管(1)的端部1/4长度范围内各设有经同等压力滚压加工制作成型的不等深的第一凹槽、第二凹槽及第三凹槽，所述第一凹槽的深度、所述第二凹槽的深度及所述第三凹槽的深度依次增大，所述第三凹槽的深度限定在3mm～4mm，各所述凹槽可抵抗灌浆料从套筒中拔出。

优选地，所述变壁厚钢管的内壁在所述第一凹槽、所述第二凹槽及所述第三凹槽的对应部位设有凸起形成的不等高第一凸环肋、第二凸环肋及第三凸环肋，第一凸环肋、第二凸环肋及第三凸环肋的肋高依次增大，所述第三凸环肋肋高为2.5mm～3mm。

优选地，为保证所述变壁厚钢管内表面凸肋最大限度约束无机浆料，即最外端一道凹槽应设在距离钢管中心尽可能远的位置处。故在距离变壁厚钢管的两端部20mm～30mm处开设灌浆口和排浆口，这可使得两口(灌浆与排浆)与端部间可设置一道凹槽。

优选地，为保证无机浆料不漏出，可在所述变壁厚钢管的两端(即端部盖板内部)设置中间孔径等于被连接钢筋直径的环形橡胶塞。

本发明的有益效果包括：

1)减少钢材用量、降低套筒制作成本并降低安装难度。本发明提出的沿纵向变壁厚钢管套筒，依据筒体中心截面受力大、端部受力小这一特点，合理地减小了灌浆套筒的端部壁厚，使灌浆套筒呈现出两端厚度逐渐减弱的梭形，以减少钢材用量、降低套筒制作成本。

2)加工工艺便捷高效。本发明直接采用变厚度钢管截锯加工制作，盖板与变壁厚钢管的连接直接采用螺纹方式连接，变壁厚钢管的外表面不等深的圆弧形凹槽直接采用相同压力下的滚压即可成型。简单便捷的加工工艺，可以使得灌浆套筒加工效率提高，同时也可有效降低灌浆套筒的制作成本。

3)受力形式合理且充分发挥材料性能。变壁厚无缝钢管端部设置灌浆料锚固段抗拔出的端部盖板，可有效防止发生灌浆料拔出破坏。变壁厚钢管的两端外表面各形成3道深度自中心向两端逐渐增大的圆弧形凹槽时，其对应部位的钢管内壁形成的圆弧状凸环肋，不仅高度自中心向两端依次增加，而且宽度也随之增大，即不仅增加了筒体与浆料的粘结力，起到与变形钢筋月牙肋相似的作用，而且使得抗剪力得到提高。这样的凸肋高度和宽度递增形式使得套筒内部呈现出一定的倒锥形，从而使得灌浆料锚固段的抗拔出能力得到进一步提高，同时可使得套筒材料的受力性能得以充分发挥。

附图说明

图1为纵向变壁厚的钢管套筒的结构示意图；

图2为变壁厚钢管的外表面的凹槽及内侧壁凸肋的结构示意图；

图3为对应图1(或图2)中凹槽、凸环肋及变壁厚钢管的内壁螺纹放大的结构示意图；

图4为纵向变壁厚的钢管套筒的结构剖面图；

其中：1—变壁厚钢管，2—灌浆口，3—排浆口，4—第一道凹槽，5—第二道凹槽，6—第三道凹槽，7—第一凸环肋，8—第二凸环肋，9—第三凸环肋，10—被连钢筋，12—环形橡胶塞，13—盖板，14—内螺纹，15—外螺纹。

具体实施方式

以下结合附图所示实施例对本发明进一步加以说明。

请参阅图1，一种纵向变壁厚的钢管套筒，包括：变壁厚钢管(1)及盖板(13)，所述盖板设置于所述变壁厚钢管的端部，所述变壁厚钢管(1)是无缝钢管，所述变壁厚钢管在中心截面具有最厚的壁厚，所述变壁厚钢管的壁厚沿轴向自中心向两端线性减少。

本实施例中，所述变壁厚钢管(1)是在无缝钢管生产工艺中的定径工序过程中通过在轧制过程中连续、动态改变辊缝，从而使扎件的厚度连续改变，从而实现所述变壁厚钢管的壁厚沿轴向自中心向两端线性减少。

本实施例中，所述变壁厚钢管的两端的壁厚不小于3mm。

本实施例中，距两端的端部20mm～30mm长度范围内的所述变壁厚钢管的内壁设有内螺纹(14)，以及防止灌浆料拔出的所述盖板(13)，所述盖板(13)与钢管连接部位设有与内螺纹相匹配的外螺纹(15)，所述外螺纹(15)与所述内螺纹(14)配合使用。

本实施例中，在与所述变壁厚钢管(1)连接的所述盖板(13)内设置增强密封性的环形橡胶塞(12)。

请参阅图2和图3，本实施例中，距所述变壁厚钢管(1)的端部1/4长度范围内各设有经同等压力滚压加工制作成型的不等深的第一凹槽(4)、第二凹槽(5)及第三凹槽(6)，所述第一凹槽(4)、所述第二凹槽(5)及所述第三凹槽(6)的深度依次增大，所述第三凹槽(6)的深度限定在3mm～4mm内，各所述凹槽可抵抗灌浆料从套筒中拔出。

如图3所示，本实施例中，所述变壁厚钢管(1)的内壁在所述第一凹槽(4)、所述第二凹槽(5)及所述第三凹槽(6)的相应位置设有凸起形成的不等高的第一凸环肋(7)、第二凸环肋(8)及第三凸环肋(9)，第一凸环肋(7)的肋高h1、第二凸环肋(8)的肋高h2及第三凸环肋(9)的肋高h3依次增大，所述第三凸环肋(9)的肋高h3为2.5mm～3mm。

请参阅图4，本实施例中，距所述变壁厚钢管(1)的两端的端部20mm～30mm处分别开设灌浆料进入和验满的灌浆口(2)和排浆口(3)。

如图1所示，本发明提供了一种纵向变壁厚的钢管套筒，包括沿纵向线性的变壁厚钢管(1)，纵向即所述变壁厚钢管的轴向的方向，在距变壁厚钢管的两端口20mm～30mm位置处设置了灌浆口(2)和排浆口(3)。在变壁厚钢管的两端设有灌浆料锚固段抗拔出的盖板(13)，盖板(13)通过其上的外螺纹(15)与钢管内壁的内螺纹(14)连接。距两端各1/4长度范围内间隔分布在外表面的3道不等深的径向圆弧形的凹槽(4)、(5)、(6)，与凹槽对应且分布在钢管内壁的不等高且不等宽凸环肋(7)、(8)、(9)。为防止灌浆时浆料漏出，在变壁厚钢管的两端设置了中间直径与被连钢筋(10)相同的环形橡胶塞(12)。

具体地，可按如下顺序进行加工和施工：

1)依据被连接钢筋(10)的直径，选用合适的变壁厚钢管(1)，直接截锯备用。

2)依据变壁厚钢管(1)的内径选择端部的盖板(13)，并利用同一套成形刀具或磨具分别对变壁厚钢管与盖板的连接部位加工内螺纹(14)和外螺纹(15)，以保证二者可配合使用。

3)依据变壁厚无缝钢管的尺寸，选择合适的滚压设备，将设备滚压力设定为固定值，将变壁厚无缝钢管(1)外表面沿轴向在设计位置处进行滚压，得到凹槽(4)、(5)、(6)和与之对应的凸环肋(7)、(8)、(9)，并抽检凸环肋(9)的高度；当凸环肋(9)满足要求时，即可将滚压设备的压力值设定为上述固定值，以对同类型尺寸的变壁厚钢管进行滚压加工，从而批量生产该型号的变壁厚变形钢管套筒；

4)得到过程3中的变形钢管套筒后，在距两端口20mm～30mm处开钻相对应尺寸的灌浆口(2)和排浆口(3)，完成变壁厚灌浆变形钢管套筒的加工。

5)因在预制构件加工厂中灌浆套筒的一端是预先浇筑了混凝土并养护至规定强度的，故在预制构件现场安装时，借助吊装设备使得另一端被连钢筋(10)对正插入到设计深度，在预制构件校正和临时固定后，则从灌浆口(2)压注无机浆料，直至无机浆料从排浆口(3)排出，对其进行及时封堵后养护至规定强度即完成预制构件受力钢筋的浆锚连接。

表1给出几种常见的变壁厚套筒规格尺寸，实施时可按此选取，但不限于此。

优选地，以被连钢筋直径为25mm的灌浆套筒为例，变壁厚灌浆套筒可节约钢材0.5267kg。相比等壁厚套筒，减少钢材用量占比为18.3％，见表2。

表1变壁厚套筒规格及尺寸

表2等壁厚套筒与变壁厚套筒对比

注：d-25和b25分别表示连接钢筋直径为25mm的等壁厚和变壁厚套筒。

完成上述实施过程后，体现出本发明的以下特点：

1)本发明依据灌浆套筒的受力特点将现有的钢套筒结构形式加以改进，使得灌浆套筒耗材减小，制作成本降低，从而具有良好的经济性指标；

2)本发明灌浆套筒的加工工艺简单、加工效率高，且使得套筒材料性能得以充分发挥；

3)本发明优化了灌浆套筒的结构形式，从而使得灌浆锚固段的抗拔能力得以大大增强。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。